链上交易费用：经济学为什么重要?

交易费用分析在区块链领域一直被忽视， 2014年(Houy)发表了第一篇交易费用分析的学术文献。
考虑到这一领域的研究论文很少，它还没有成为研究的重点。但交易费用至少有两个原因显示它不应被忽视。第一个是在工作证明的情况下，它们在维护安全激励方面的重要性。第二个原因与用户、挖掘者和协议本身之间的经济关系的本质有关。
截至今日，比特币区块奖励足以让矿商的动机保持一致:他们赚的钱足以维持网络安全。然而，交易费用的设计方式是至关重要的。在这篇文章中，我们提供了一个简短的文献回顾，我们也描述了我们对一个有效交易市场可能设计的看法。 
竞争区块空间和搭便车的风险
在比特币中，交易费用是由用户设定的。理论上，任何用户都可以将费用设为零，因为他们知道，如果其他人为他们的费用选择了正值，他们的交易可能会被延迟。事实上，作为理性的经纪人，矿商总是会优先考虑收费最高的交易。在即将到来的块(即确认)中已验证但尚未处理的交易被放在一个称为mempool的“等待室”中是不可取的。由于每个区块的大小有限，用户会竞相争夺空间，使每个时段的费用达到均衡价格。未被处理的交易被留在内存池中，等待下一个块被挖掘器验证。
然而，从交易费用的角度来看，类似于比特币的区块链并非没有缺陷。首先，与任何标准的“先到先得”服务提供的正常排队系统相比，交易没有优先级。用户通过提出高于平均交易费用来宣传优先级。矿业公司通常只选择广告费用最高的交易。其次，费用可能过低，不足以弥补矿业池所造成的损失，尤其是在区块奖励趋于零的情况下。按照同样的逻辑，对于网络的日常用户来说，费用可能太高，无法完全补偿他失去的区块奖励。因此，当交易流进内存池的速度比被挖掘器验证的速度快的时候，较小的块大小会给系统带来较高的拥塞风险。等待时间长会导致网络拥堵，从而导致费用增加。
一方面，网络的拥塞增加了矿商将计算能力分配给区块链上的特定用户的动机，从而破坏了共识性的安全性。另一方面，它造成了交易处理的延迟，这可能会阻止一些用户使用网络。从长远来看，比特币可能需要较高的交易费用，才能正常且安全地运行，这一结果可能会挫败全球支付系统的目标。
在此背景下，研究PoW网络交易费用背后的动机可能对优化未来的设计很重要。让用户自己选择交易费用可能不是最佳解决方案。是否有一个均衡的价格，使这些费用足以确保网络的安全，而不管当时采矿者从铸造新硬币中赚了多少钱?在当前的PoW区块链中，答案显然是否定的。块大小限制了每个时间间隔可以处理的交易的数量。
总而言之，用户不应该被允许私自设置自己的费用，以避免典型的搭便车问题。费用是单独设立的，而交易则集中到下一个区块。这确保了区块中所有交易都具有相同级别的安全性，而无需考虑单独收取的费用水平。简而言之，就像用户A有一种“免费”的动机，即发布较低的费用，直到他或她的交易被包含在区块内，从而利用其他发布较高交易费用的用户。如果每个人的行为都像用户A一样，那么直接的后果就是系统安全性的降低，交易费用降低到矿主确认交易在经济上不再可行的程度。
可能的解决方案和未来的道路
我们可以通过以下方式解决大部分这些问题:1)拥有比任何其他基于区块链的PoW网络高得多的吞吐量;2)采用一种不同的方式来收取交易费用，以便充分利用网络效应。下面我们将讨论第二点。
即使一个高吞吐量的去中心化交易网络解决了可伸缩性三难问题，它也会带来其他问题。在大多数主张改变PoW共识协议的论文中，拍卖理论被用来优化交易费用。另一种方法是将费用与矿工获得的储藏空间数量挂钩。
虽然这些解决方案可以在用户竞争块空间的环境中工作，但不太可能在我们的环境中工作。事实上，如果通过任何类型的拍卖来选择收费的话，我们的网络处理大量交易的能力将把交易费用推向零。如果让市场力量来决定，用户知道他们的交易将被处理，就会集体选择一个趋于零的最优费用，就像任何博弈论分析都会指出的那样。因此，需要排除拍卖式的交易费用。
另一个需要考虑的是跨端网络效应的影响。该协议可以被看作是一个满足全球交易供求的平台。矿商(即供应商)希望收取较高的交易费用，而用户希望收取较低的交易费用。这种利益冲突不仅要体现在价格上，而且要体现在结构上。在所谓的双边市场中，这是一个众所周知的问题。正如我们已经提到的，在比特币目前的设计中，用户或多或少可以自由决定自己的费用。
在目前的系统中，利益不一致，用户会有搭便车的倾向，从而影响协议的整体安全性。我们认为，收费应遵循更加市场化的机制。价格函数根据交易的供给和需求而波动，而用户不能够设置一个较低的费用，只要他准备等待他的交易被处理。
在后面设置是相当复杂的，但实际上，它是非常友好的。为了更好地理解链上交易费用的价格结构，我们需要对这类网络的价格结构进行分析。在我们的例子中，我们遵循在双边市场中进行排队游戏。我们需要一个合理的价格结构，以激励网络上的用户和矿工。
有人认为，与现有的PoW区块链相比，拥塞应该更低。然而，即使吞吐量很大，也可能会出现一些拥塞，部分延迟成本仍将存在。此外，如果单独采取，一个分片理论上可以超载在其历史的某个点。我们建议建立以市场为基础的机制，以反映这些情况。
动态定价调整交易费用，以应对供求波动。在网络拥塞的情况下，通过平滑需求曲线，峰时定价可以解决一些经济问题。这一功能将确保交易费用以市场为基础的方式进行，在这种方式中，峰时定价对于减少延迟成本起着核心作用。就像Uber使用的系统一样，用户可以“给”采矿池“小费”，从而表明他有更高的延迟成本，而且他希望自己的交易能尽快得到处理。
该框架将优化其用户的等待时间，同时保证采矿者的最低费用，即使在块空间竞争很低的情况下也同样适用。换句话说，底价至少应涵盖矿商每笔交易的成本。这样的经济效益被Uber或Lift等叫车应用所使用，也会被证明是相当高效的。